개념 한 쪽
위성 신호를 받아 신호가 도달하는 데 걸린 시간을 통해 관측점의 3차원 좌표를 산출하는 방식이 GNSS 기반 측량의 핵심 원리다. 수신기의 시간 오차를 보정하려면 최소 위성 수 조건을 만족해야 하고, 오차 원인은 시스템·배치·수신기 요인으로 분류한다.
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출제기준 단원 「위성측위 일반사항」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위성 전파 원리 확인 | 1 | '위성 전파 수신과 소요시간' 설명으로 측량 명칭을 고르기 |
| 1점 측위 필요 위성 수 | 1 | 3차원 위치와 시간 오차 포함 시 필요한 위성 수 판단 |
| GPS 특성 판별 | 1 | GPS의 일반적 특성 중 틀린 설명을 가려내기 |
GNSS 측량은 위치를 정확히 파악한 위성에서 보낸 전파를 수신하고 신호의 도달 시간을 재어 관측점까지의 거리를 산출하여 3차원 위치를 구하는 측량 방법이다. 위성의 전파 수신과 소요시간 측정이 핵심 키워드다.
수신기 1대를 이용하여 3차원 위치를 결정할 때는 X, Y, Z의 3개 좌표와 수신기 시간 오차(δt)를 함께 미지수로 취급한다. 이 네 개의 미지수를 풀기 위해 각 위성은 하나의 방정식을 제공하므로 최소 4개의 위성 신호가 필요하다. 3개 위성으로는 시간 오차 보정이 불가능하여 정확한 3차원 위치를 얻을 수 없다.
GPS의 일반적 특성에는 전 지구적 이용성, 24시간 사용 가능성, 측점 간 시통이 불필요한 점이 포함된다. 기상(구름·비) 같은 일상적 기상 요인은 측위에 거의 영향을 주지 않는 반면, 전리층·대류권 굴절이나 위성 시계·궤도 오차 등은 시스템 오차로 나타난다.
오차는 발생 원인에 따라 분류한다. 위성 시계 오차·위성 궤도 오차·전리층 및 대류층 굴절 오차 등은 시스템 오차로 묶는다. 위성 배치 상태에 따른 기하학적 오차는 위성 배치 오차로, 수신기 자체의 성능 문제는 수신기 오차로 분류한다.
GPS 시스템은 우주 부분(위성), 지상 관제 부분(관제소), 사용자 부분(수신기) 세 부분으로 구성된다. 각 부분의 역할을 구분하여 기술적 특징과 한계를 이해해야 관련 문제를 정확히 판단할 수 있다.
1) 필요한 위성 수 판단 예시 1점 측위에서 풀어야 할 미지수는 X, Y, Z와 수신기 시간 오차 δt로 총 4개 미지수다. 각 위성은 하나의 거리 방정식을 제공하므로 최소 4개의 위성이 필요하다는 결론을 얻는다. 이 논리로 출제 문항에서는 '3차원 위치+시간 오차'라는 표현이 보이면 4를 선택해야 한다는 원칙을 적용한다.
2) 측위 방식 구별 예시 문제 지문에 '인공위성', '전파', '소요시간 측정', '3차원 위치'라는 키워드가 있을 때는 GPS측량을 정답으로 본다. 육분의, 사진측량, 전자파 거리측량 등의 다른 방법과 문맥을 비교하여 위성 기반 측위를 구별한다.
인공위성을 이용한 범세계적 위치 결정의 체계로 정확히 위치를 알고 있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 측정함으로써 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량은?
정답 ① · 문제는 위성의 전파를 수신하여 전파 도달 시간으로 관측점까지의 거리를 계산해 3차원 위치를 구하는 측량 방법을 묻고 있다. 이 원리는 전형적인 위성항법시스템인 GPS측량의 기본 동작 방식으로, 위성 신호의 전파 시간을 측정해 위성까지의 거리를 산출하고 다수 위성으로 위치를 결정한다.
위성 전파 수신으로 관측점까지의 소요시간을 측정하여 3차원 위치를 결정하는 측량은 GPS측량이다.
인공위성을 이용한 범세계적 위치 결정의 체계로 정확히 위치를 알고 있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 측정함으로써 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량은 다음 중 어느 것인가?
정답 ③ · 문제는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 소요시간을 측정해 관측점의 3차원 위치를 구하는 측량 방식을 묻고 있다. 위성에서 송신한 전파의 도달 시간을 이용해 거리(또는 범위)를 구하고 여러 위성으로부터의 거리 교차로 위치를 결정하는 방식이 GPS 측량의 기본 원리이다.
위성 전파 수신으로 3차원 위치를 결정하는 측량은 GPS 측량이다.
GPS의 일반적인 특성이 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 GPS의 일반적 특성 중 사실과 다른 항목을 고르는 문제이다. GPS는 위성신호를 이용하므로 전 지구 어디서나 3차원 위치결정이 가능하고 거의 24시간 이용 가능하지만 측점 간의 시통(시야통시성)을 필요로 하지 않으므로 시통의 어려움이 기선 결정에 직접 영향을 주지는 않는다.
GPS는 시통이 필요 없으며 3차원 측량이 가능하고 전 지구적 coverage를 가지므로 시통 어려움이 기선에 영향을 준다는 설명은 틀렸다.
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